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砻笆岩对污染物的去除机理

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砻笆岩对污染物的去除机理

发布日期:2020-09-15 作者: 点击:

① 砻笆岩对有机物的去除机理


有机物在污水中的存在形式可分为可溶性和不溶性,可溶性有机污染物被砻笆岩和植物根系上附着的生物膜吸收和吸附,不溶性有机污染物通过填料的过滤、沉淀和吸附等机械阻留作用被截留。砻笆岩主要依赖微生物代谢活动分解去除有机物,填料作为微生物的代谢场所,直接的吸附和其他作用对有机物去除影响较小,主要间接影响微生物从而改变有机物去除效果。


砻笆岩的种类、填充方式、孔径和含碳量等条件影响湿地系统的复氧能力、微生物种类、活性等,改变微生物代谢活动的进行,从而间接影响系统有机物的去除能力。人工湿地填料的填充方式主要包括:正粒径填充、反粒径填充和均匀粒径填充,正粒径填充因其上面的基质粒径和孔隙率较小,下层的溶氧量相对于反粒径填充方式来说较少,合理选择填料种类和填充方式以提升湿地系统的复氧能力,可以提升微生物活性,有助于增强有机物的去除能力。研究表明,增加湿地系统溶解氧含量会明显加速有机污染物分解,在其湿地填料的布局下,曝气后可提升系统对COD约20%去除率。受填料的组成成分、孔径分布等因素的影响,不同系统中的微生物种类和数量的差别明显,选择含碳量较高和孔径大小适宜的填料可以改善微生物生长环境提升去污效果。长时间运行的人工湿地中,砾石和土壤中形成的微生物膜因填料的不同其形态和组成也存在一定差异,影响有机物的去除效果,应用小型垂直潜流人工湿地处理城市生活污水的研究表明,在填料中微生物的最佳生长环境是孔径为1~3μm的微孔。人工湿地中砂子、土壤、泥炭混合物及其各自混合物中微生物的研究发现,填料中微生物的活性随填料中的碳含量增加而上升,且去污能力与不同基质的脲酶和磷酸酶活性呈正相关,含碳量高的填料会提升微生物的活性,从而提升有机物的去除能力。

 人工湿地填料

有机物在砻笆岩表面的吸附机理主要为:配位体交换作用、静电作用、阳离子架桥作用、憎水作用、熵作用和氢键作用。但由于不同有机物性质差异、水质差异所引起的吸附机理变化,有机物在填料表面的吸附机理仍缺乏更加系统的研究。填料对有机物的直接去除作用主要通过吸附实现,此外,还受填料填充方式、密实度、p H值等条件影响。通过合理的填料结构设计,可以使湿地中水体分布均匀,减少短流区域,充分发挥填料吸附作用。利用不同粒径玻璃珠进行湿地水力效率研究时发现,当粒径为4~9 mm时,系统的水力停留时间、水流散度、有效体积比等条件达到最优值,从而使污染物与填料更充分的接触。不同粒径下的分层填充和混合填充下对COD去除,分层填充方式明显提升了去除效果。密实度不高情况下,较深的填料部分存在更多短流区域,减少了污染物与填料的接触,造成填料对有机物的机械阻留作用和吸附作用大大降低。此外,填料的p H会通过影响有机物的溶解度等性质而显著影响其吸附去除作用。对于离子化有机物来说,不同p H条件下其存在形式并不相同,其吸附特性和机理都会发生改变,随着p H的升高,电离程度增大,有机物的溶解度和亲水性都会相应增强,从而导致有机物在填料表面的吸附效果下降。


② 砻笆岩对氮的去除机理


氮在人工湿地中的存在形式包括7种形态,分别为N2、N2O、NH3、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、有机氮。湿地对氮的去除方式有:微生物作用、氨气挥发、自由沉降、植物的吸收与吸附、填料的吸附和离子交换作用。系统对氮的去除主要依赖微生物氨化、硝化和反硝化作用,填料吸附的还原态氨氮无法作为氨氮去除的长期汇,一般认为其是快速可逆的。因此,填料主要是作为微生物的载体影响其代谢过程从而影响氮的去除。


砻笆岩主要通过影响微生物氨化、硝化和反硝化作用过程间接影响氮的去除。填料种类和填充方式会显著影响湿地系统复氧能力和微生物种类,低DO浓度下,会导致NO2-的大量积累,高DO浓度时,兼性的反硝化菌优先利用O2作为电子受体进行呼吸,导致反硝化不彻底而造成N2O的积累,过高DO浓度也会抑制一氧化二氮还原酶(Nos)的活性,导致N2O还原为N2过程受阻,不同填料的孔隙条件和造成的水流分布情况不同,影响微生物的定殖作用,造成不同填料中的微生物种群数量差异。湿地填料的碳含量也会对除氮效果产生较大影响,经典理论认为实现完全反硝化的理论C/N值为2.86(COD/TN),在实际应用中,由于微生物本身的生长所需,COD/TN实际值通常在4以上,而在实际污水处理过程中,当COD/TN<5时,脱氮除磷的效率通常不高。Nos酶对有机电子供体的亲和力相比于反硝化过程中的还原酶低,在碳源不足情况下,Nos酶无法获得足够电子供体而导致N2O的积累。填料过高或过低的p H值均会抑制氮的去除过程,高p H条件会抑制微生物的硝化作用,使氨氧化作用产生的NH2OH过量积累,而低p H条件不仅影响微生物代谢活动,还会导致游离亚硝酸(FNA)的过量积累,其会和含Cu2+中心的Nos酶的金属中心反应,破坏酶活性,从而抑制N2O向N2的转化。



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